Международный коллектив учёных предложил альтернативный наполнитель костных 3D-каркасов. Материал препятствует образованию бактериальной биоплёнки на поверхности каркаса и в перспективе может применяться для изготовления имплантатов малонагруженных костей, например, черепа. Исследование поддержано грантом РНФ. Результаты работы опубликованы в журнале Polymer.
В настоящее время биополимеры широко используются в медицине. Особый интерес для учёных и врачей, работающих в области реконструктивной хирургии, представляет разработка и производство полимерных скаффолдов — «каркасов», которые служат основой для восстановления костной ткани. Для лучшей приживаемости такие скаффолды обычно заселяются клетками пациента.
Материал каркасов должен быть не только биологически совместимым с организмом человека, но и способствовать процессу регенерации ткани и обладать антибактериальной активностью — препятствовать распространению бактерий на поверхности скаффолдов. Поэтому одна из основных задач тканевой инженерии — изучение и создание новых материалов для печати каркасов.
Группа учёных под руководством директора Научно-образовательного центра биомедицинской инженерии Университета МИСИС Фёдора Сенатова и Раджана Чоудхари из Рижского технического университета изготовила два вида костных скаффолдов с использованием технологии 3D-печати на основе композиционных материалов полилактида и волластонита (PLA/Wol) и полилактида и гидроксиапатита (PLA/HAp).
Далее материаловеды исследовали механические характеристики, возможность заселения напечатанных каркасов мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК, клетки, приближенные к клеткам костной ткани) и антибактериальную активность скаффолдов в физиологической среде — условиях, сопоставимых с условиями в организме.
Результаты исследования показали, что химический состав скаффолдов значительно влияет на адгезию — прикрепление микробных клеток к поверхности.
«Скаффолды на основе PLA/Wol показали более низкие механические характеристики по сравнению со скаффолдом PLA/HAp. В то же время волластонит препятствовал образованию биоплёнки бактерий кишечной палочки, а ММСК были колонизированы на поверхности. Это наблюдение подтверждает, что волластонит обладает как бактерицидными, так и цитосовместимыми свойствами и является альтернативным наполнителем в композиционных материалах на основе полимеров для изготовления скаффолдов по технологии 3D-печати», — рассказал соавтор работы, сотрудник научно-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС, Владислав Львов.
В будущем, такие скаффолды могут найти применение в хирургии в качестве имплантатов малонагруженных костей, например, костей черепа. В ближайших планах научной группы — множественные предварительные исследования и испытания.
Подготовка материала — XX2 век.
Источники: DNA Communications, https://www.mdpi.com/2073-4360/14/19/3932.